Préparation de films minces de nitrure de titane (TiN) par procédé ALD
faire passer (un projet de loi, une inspection, etc.)Procédé de dépôt par couche atomique (ALD)préparéCouches minces de nitrure de titane (TiN)Les films TiN présentent une dureté élevée, une excellente résistance à l'usure, une résistance élevée à la corrosion, un faible coefficient de frottement, une stabilité à haute température, une conductivité électrique, une excellente biocompatibilité et des propriétés décoratives esthétiques. Ces excellentes propriétés ont conduit à une large gamme d'applications pour les films TiN dans une variété de domaines tels que l'usinage, l'électronique et les semi-conducteurs, la décoration, le biomédical, l'optique et l'aérospatiale. Bien que le procédé ALD présente les inconvénients d'une vitesse de dépôt plus faible et d'un coût d'équipement plus élevé, ses avantages dans la préparation de films TiN de haute qualité sont inégalés.
Propriétés des films de nitrure de titane
- Dureté élevée : les films TiN ont une dureté Vickers d'environ 1800-2100 HV, ce qui leur confère une excellente résistance à l'usure.
- Excellente résistance à l'usure : les films TiN améliorent considérablement la résistance à l'usure du substrat dans les environnements à forte friction et à forte usure.
- Résistance élevée à la corrosion : les films TiN présentent une bonne résistance à de nombreux produits chimiques, en particulier dans les environnements acides et alcalins.
- Faible coefficient de frottement : le coefficient de frottement est d'environ 0,4-0,6, ce qui permet de réduire l'usure et d'améliorer le pouvoir lubrifiant.
- Stabilité à haute température : les films TiN présentent une bonne stabilité chimique et physique à haute température et peuvent supporter des températures allant jusqu'à 600-800°C.
- Conductivité électrique : les films TiN présentent une bonne conductivité électrique avec une résistivité d'environ 25-30 μΩ-cm.
- Excellente biocompatibilité : les films TiN sont non toxiques et biocompatibles, ce qui les rend appropriés pour les revêtements biomédicaux.
- Décoratif : le film TiN a un éclat jaune doré et n'est pas facile à décolorer ; il est couramment utilisé dans les revêtements décoratifs.
Procédé de dépôt par couche atomique (ALD)
Le dépôt par couche atomique (ALD) est une technique de dépôt de couches minces basée sur une réaction chimique autolimitée, dans laquelle l'épaisseur et la composition du film sont contrôlées avec précision par l'introduction progressive de gaz précurseurs.
Étapes du processus de préparation de films minces de TiN par ALD
1) Propreté de la surface du support : s'assurer que la surface du support est propre et exempte de matières organiques et d'oxydes.
2) Introduction des précurseurs : introduction alternée des gaz précurseurs du titane et de l'azote.
- Précurseurs de titane couramment utilisés : tétrachlorure de titane (TiCl₄), tétraisopropoxyde de titane (Ti(OiPr)₄).
- Précurseurs d'azote couramment utilisés : ammoniac (NH₃), azote (N₂).
3. les étapes de la réaction :
- Adsorption des précurseurs de titane : les précurseurs de titane sont introduits dans la chambre de réaction à une température spécifique pour s'adsorber sur la surface du substrat.
- Purge : purge à l'aide d'un gaz inerte (par exemple l'azote) pour éliminer les précurseurs et les sous-produits du titane en excès.
- Réaction du précurseur d'azote : le précurseur d'azote est introduit et réagit avec le précurseur de titane adsorbé à la surface du substrat pour former un film de nitrure de titane.
- Re-purge : purge avec un gaz inerte pour éliminer les précurseurs et les sous-produits de l'azote en excès.
4) Dépôt cyclique : répéter les étapes ci-dessus, couche par couche, jusqu'à l'obtention de l'épaisseur de film souhaitée.
avantage
- Contrôle précis de l'épaisseur : une seule couche atomique est déposée par réaction, ce qui permet un contrôle précis de l'épaisseur du film.
- Grande uniformité : le film est réparti uniformément sur les formes complexes et les substrats de grande taille.
- Procédé à basse température : température de dépôt plus basse, adaptée aux substrats sensibles à la température.
- Film de haute qualité : film dense, haute pureté, peu de défauts.
inconvénients
- Faible taux de dépôt : une seule couche atomique est déposée par cycle, et le taux de dépôt global est lent.
- Équipement complexe et coûteux : un contrôle précis du débit et de la température du gaz est nécessaire et le coût de l'équipement est élevé.
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